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JP7236038B2 - vehicle steering system - Google Patents
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Description

この発明は、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動で操舵角を制御する手動操舵制御(アシスト制御)とを同じ電動モータを用いて実現することができる車両用操舵装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle steering system capable of realizing automatic steering control for automatically controlling a steering angle and manual steering control (assist control) for manually controlling a steering angle using the same electric motor.

下記特許文献1には、自動で操舵角を制御する自動操舵制御と、手動操舵制御とを同じアクチュエータ(電動モータ)を用いて実現することができる車両用操舵装置が開示されている。特許文献1に記載の発明では、アクチュエータによってステアリングシャフトに付与すべき操舵トルク(以下、目標アクチュエータトルクTという)は、次式(a)で表される。Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200002 discloses a vehicle steering system that can realize automatic steering control for automatically controlling a steering angle and manual steering control using the same actuator (electric motor). In the invention described in Patent Document 1, the steering torque to be applied to the steering shaft by the actuator (hereinafter referred to as target actuator torque Tt ) is expressed by the following equation (a).

=Kasst・Tasst+Kauto・Tauto …(a)
前記式(a)において、Tasstは、目標アシストトルクであり、Tautoは自動操舵制御を行うための目標操舵トルク(以下、目標自動操舵トルクという)であり、KasstおよびKautoはそれぞれ重み係数である。アクチュエータは、目標アクチュエータトルクTと一致するトルクを発生するように制御される。
T t = K asst · T asst + K auto · T auto (a)
In the above equation (a), T asst is a target assist torque, T auto is a target steering torque for performing automatic steering control (hereinafter referred to as target automatic steering torque), and K asst and K auto are weights. is the coefficient. The actuator is controlled to produce a torque that matches the target actuator torque Tt .

手動操舵制御時には、Kautoは零とされるため、T=Kasst・Tasstとなる。また、手動操舵制御中は、係数Kasstは1に設定されるため、T=Tasstとなる。自動操舵制御時には、前記式(a)に基づいて、目標アクチュエータトルクTが演算される。自動操舵制御中は、運転者によるステアリング操作が加えられなければ、自動操舵制御開始と終了のとき以外は、操舵トルクは0となるので、目標アシストトルクTasstは0となる。また、自動操舵制御中は、係数Kautoは1に設定されるため、T=Tautoとなる。During manual steering control, K auto is zero, so T t =K asst ·T asst . Further, during manual steering control, the coefficient K asst is set to 1, so that T t =T asst . During automatic steering control, the target actuator torque Tt is calculated based on the above equation (a). During the automatic steering control, the steering torque is 0 unless the steering operation is applied by the driver, except when the automatic steering control is started and ended. Therefore, the target assist torque T asst is 0. In addition, since the coefficient K auto is set to 1 during automatic steering control, T t =T auto .

特許文献1に記載の発明では、自動操舵制御中に操舵介入が検出された場合に、自動操舵制御から手動操舵制御へ移行させるための移行制御が開始される。この移行制御においては、所定時間が経過するごとに、Kautoの値を所定値Kだけ減少させるとともにKasstの値を所定値Kだけ増加させる。ただし、Kautoの値が0を下回ったときにはKautoは0に固定され、Kasstの値が1を上回ったときにはKasstは1に固定される。そして、更新後のKautoおよびKasstを用いて目標アクチュエータトルクTを演算し、演算された目標アクチュエータトルクTと一致するトルクがアクチュエータから発生するようにアクチュエータが制御される。このようにして、Kautoの値が0でかつKasstの値が1になると、移行制御は終了する。In the invention described in Patent Document 1, transition control for transitioning from automatic steering control to manual steering control is started when steering intervention is detected during automatic steering control. In this transition control, the value of K auto is decreased by a predetermined value K1 and the value of K asst is increased by a predetermined value K2 every time a predetermined time elapses. However, when the value of K auto falls below 0, K auto is fixed at 0, and when the value of K asst exceeds 1, K asst is fixed at 1. Then, the updated K auto and K asst are used to calculate the target actuator torque Tt , and the actuator is controlled so that the actuator generates a torque that matches the calculated target actuator torque Tt . Thus, when K auto has a value of 0 and K asst has a value of 1, transition control ends.

特開2004-256076号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-256076

特許文献1に記載の移行制御では、Kautoの値が時間に対して漸次減少され、Kasstの値が時間に対して漸次増加される。そして、Kautoの値が0でかつKasstの値が1になると、移行制御は終了する。これにより、自動操舵制御を解除する際に、目標アクチュエータトルクTの変動を抑制できるので、運転者が感じる違和感を低減することができる。しかしながら、特許文献1に記載の発明では、移行制御が開始してから終了するまでの時間(移行制御時間)は常に一定となるから、運転者の操舵操作によって移行制御時間を変化させることはできない。このため、例えば、緊急時において、自動操舵制御から手動操舵制御への切り替えを、急速に行うことができないおそれがある。In the transition control described in Patent Document 1, the value of K auto is gradually decreased over time, and the value of K asst is gradually increased over time. Then, when the value of K auto becomes 0 and the value of K asst becomes 1, transition control ends. As a result, fluctuations in the target actuator torque Tt can be suppressed when the automatic steering control is canceled, so that the discomfort felt by the driver can be reduced. However, in the invention described in Patent Document 1, the time from the start to the end of the transition control (transition control time) is always constant, so the transition control time cannot be changed by the driver's steering operation. . Therefore, for example, in an emergency, it may not be possible to rapidly switch from automatic steering control to manual steering control.

この発明の目的は、新規な方法によって自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができ、自動操舵と手動操舵の度合をスムーズに調整することが可能な車両用操舵装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a vehicle steering system capable of performing automatic steering control and manual steering control using the same electric motor by a new method, and capable of smoothly adjusting the degrees of automatic steering and manual steering. to provide.

この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置は、車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、操舵トルクに応じた目標アシストトルクを設定する第1設定部と、目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する第2設定部と、前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限する制限処理部と、前記制限処理部による制限処理後の角度制御用目標トルクを用いて目標自動操舵トルクを演算する第1演算部と、前記目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを、ドライバ入力に応じて変化する値に応じて重み付け加算することにより、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを演算する第2演算部とを含む。 A vehicle steering system according to an embodiment of the present invention includes an electric motor that applies a steering force to a steering mechanism of a vehicle, a first setting section that sets a target assist torque corresponding to the steering torque, and a target steering angle. a second setting unit for setting an angle control target torque for making the angular deviation from the actual steering angle close to zero; and a limit processing unit for limiting the angle control target torque set by the second setting unit. a first calculation unit for calculating a target automatic steering torque using the angle control target torque after the limit processing by the limit processing unit; and changing the target automatic steering torque and the target assist torque in accordance with a driver input. and a second calculation unit for calculating a target motor torque, which is a target value of the motor torque of the electric motor, by performing weighted addition according to the value to be calculated.

この構成によれば、新規な方法によって、自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができる車両用操舵装置が得られる。また、この構成によれば、自動操舵制御から手動操舵制御へ、あるいはその逆へと、各制御の重み付け量を変化させながらシームレスにすばやく切り替えることが可能となる車両用操舵装置が得られる。 According to this configuration, a vehicle steering system is obtained in which automatic steering control and manual steering control can be performed using the same electric motor by a novel method. Further, according to this configuration, a vehicle steering system is obtained that enables seamless and quick switching from automatic steering control to manual steering control, or vice versa, while changing the weighting amount of each control.

この発明の一実施形態では、前記制限処理部は、前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを、所定の上限値と所定の下限値との間に制限するように構成されている。 In one embodiment of the present invention, the limit processing section is configured to limit the target torque for angle control set by the second setting section between a predetermined upper limit value and a predetermined lower limit value. there is

この発明の一実施形態では、前記第2設定部は、前記角度偏差を零に近づけるためのフィードバック制御部を含んでおり、前記制限処理部は、ドライバ入力に応じて変化する値に基づいて、前記フィードバック制御部のフィードバックゲインを制御することにより、前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限するように構成されている。 In one embodiment of the present invention, the second setting unit includes a feedback control unit for bringing the angular deviation closer to zero, and the limit processing unit, based on a value that changes according to driver input, The target torque for angle control set by the second setting section is limited by controlling the feedback gain of the feedback control section.

この発明の一実施形態では、前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差である。 In one embodiment of the invention, the value that varies according to the driver input is the steering torque or the angular deviation.

この発明の一実施形態では、前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差であり、前記第2演算部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値と、前記制限処理部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値とが異なる。 In one embodiment of the present invention, the value that varies according to the driver's input is the steering torque or the angular deviation, and the value that varies according to the driver's input used in the second computing section and the limit process It is different from the value that changes according to the driver input used in the section.

本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。 The above and further objects, features and effects of the present invention will be made clear by the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system that is an embodiment of a vehicle steering system according to the present invention. 図2は、モータ制御用ECUの電気的構成を説明するためのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the motor control ECU. 図3は、操舵トルクTに対する目標アシストトルクTm,mcの設定例を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a setting example of the target assist torque Tm ,mc with respect to the steering torque Td . 図4は、角度制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the angle control section. 図5は、補償対象負荷推定部の構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the compensation target load estimator. 図6は、電動パワーステアリングシステムの物理モデルの構成例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a physical model of the electric power steering system. 図7は、外乱トルク推定部の構成を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator. 図8は、シェアードコントロール部の構成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the shared control section. 図9は、リミッタの動作を説明するための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the operation of the limiter. 図10は、β演算部の動作を説明するための説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the operation of the β calculator. 図11は、操舵トルクの絶対値|T|に対する比例ゲインKの設定例を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing a setting example of the proportional gain K P with respect to the steering torque absolute value |T d |. 図12は、操舵トルクの絶対値|T|に対する微分ゲインKの設定例を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a setting example of the differential gain K D with respect to the steering torque absolute value |T d |.

図1は、本発明の車両用操舵装置の一実施形態である電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system that is an embodiment of a vehicle steering system according to the present invention.

この電動パワーステアリングシステム(EPS:electric power steering)1は、コラム部に電動モータと減速機とが配置されているコラムタイプEPSである。 This electric power steering system (EPS) 1 is a column-type EPS in which an electric motor and a speed reducer are arranged in a column portion.

電動パワーステアリングシステム1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール(ハンドル)2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。 An electric power steering system 1 includes a steering wheel (steering wheel) 2 as a steering member for steering a vehicle, a steering mechanism 4 for steering steered wheels 3 in conjunction with the rotation of the steering wheel 2, and a driving mechanism. and a steering assist mechanism 5 for assisting a person's steering. The steering wheel 2 and steering mechanism 4 are mechanically connected via a steering shaft 6 and an intermediate shaft 7 .

ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して相対回転可能に連結されている。 Steering shaft 6 includes an input shaft 8 connected to steering wheel 2 and an output shaft 9 connected to intermediate shaft 7 . The input shaft 8 and the output shaft 9 are connected via a torsion bar 10 so as to be relatively rotatable.

トーションバー10の近傍には、トルクセンサ12が配置されている。トルクセンサ12は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルク(トーションバートルク)Tを検出する。この実施形態では、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクTの大きさが大きくなるものとする。A torque sensor 12 is arranged near the torsion bar 10 . The torque sensor 12 detects steering torque (torsion bar torque) Td applied to the steering wheel 2 based on relative rotational displacement amounts of the input shaft 8 and the output shaft 9 . In this embodiment, the steering torque Td detected by the torque sensor 12 is, for example, a positive value for torque for steering to the left and a negative value for torque for steering to the right. , and the larger the absolute value, the larger the magnitude of the steering torque Td .

転舵機構4は、ピニオン軸13と、転舵軸としてのラック軸14とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸14の各端部には、タイロッド15およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端には、ピニオン16が連結されている。 The steering mechanism 4 is a rack and pinion mechanism including a pinion shaft 13 and a rack shaft 14 as a steering shaft. The steered wheels 3 are connected to each end of the rack shaft 14 via tie rods 15 and knuckle arms (not shown). The pinion shaft 13 is connected to the intermediate shaft 7 . The pinion shaft 13 rotates in conjunction with steering of the steering wheel 2 . A pinion 16 is connected to the tip of the pinion shaft 13 .

ラック軸14は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸14の軸方向の中間部には、ピニオン16に噛み合うラック17が形成されている。このピニオン16およびラック17によって、ピニオン軸13の回転がラック軸14の軸方向移動に変換される。ラック軸14を軸方向に移動させることによって、転舵輪3を転舵することができる。 The rack shaft 14 extends linearly along the left-right direction of the vehicle. A rack 17 that meshes with the pinion 16 is formed in the axially intermediate portion of the rack shaft 14 . The pinion 16 and rack 17 convert the rotation of the pinion shaft 13 into axial movement of the rack shaft 14 . By moving the rack shaft 14 in the axial direction, the steerable wheels 3 can be steered.

ステアリングホイール2が操舵(回転)されると、この回転が、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して、ピニオン軸13に伝達される。そして、ピニオン軸13の回転は、ピニオン16およびラック17によって、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。 When the steering wheel 2 is steered (rotated), this rotation is transmitted to the pinion shaft 13 via the steering shaft 6 and intermediate shaft 7 . Rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 by the pinion 16 and the rack 17 . As a result, the steerable wheels 3 are steered.

操舵補助機構5は、操舵補助力(アシストトルク)を発生するための電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを増幅して転舵機構4に伝達するための減速機19とを含む。減速機19は、ウォームギヤ20と、このウォームギヤ20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機19は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。以下において、減速機19の減速比(ギヤ比)をNで表す場合がある。減速比Nは、ウォームホイール21の角速度ωwwに対するウォームギヤ20の角速度ωwgの比ωw/ωwwとして定義される。The steering assist mechanism 5 includes an electric motor 18 for generating a steering assist force (assist torque) and a speed reducer 19 for amplifying the output torque of the electric motor 18 and transmitting it to the steering mechanism 4 . The speed reducer 19 comprises a worm gear mechanism including a worm gear 20 and a worm wheel 21 meshing with the worm gear 20 . The speed reducer 19 is accommodated in a gear housing 22 as a transmission mechanism housing. In the following, the reduction ratio (gear ratio) of the speed reducer 19 may be represented by N. The reduction ratio N is defined as the ratio ωw gww of the angular speed ω wg of the worm gear 20 to the angular speed ω ww of the worm wheel 21 .

ウォームギヤ20は、電動モータ18によって回転駆動される。また、ウォームホイール21は、出力軸9に一体回転可能に連結されている。 The worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18 . Also, the worm wheel 21 is connected to the output shaft 9 so as to be rotatable together.

電動モータ18によってウォームギヤ20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト6(出力軸9)が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォームギヤ20を回転駆動することによって、電動モータ18による操舵補助や転舵輪3の転舵が可能となる。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための回転角センサ23が設けられている。 When the worm gear 20 is rotationally driven by the electric motor 18, the worm wheel 21 is rotationally driven, motor torque is applied to the steering shaft 6, and the steering shaft 6 (output shaft 9) rotates. Rotation of the steering shaft 6 is transmitted to the pinion shaft 13 via the intermediate shaft 7 . Rotation of the pinion shaft 13 is converted into axial movement of the rack shaft 14 . As a result, the steerable wheels 3 are steered. That is, by rotationally driving the worm gear 20 with the electric motor 18, the steering assistance with the electric motor 18 and the steering of the steerable wheels 3 become possible. The electric motor 18 is provided with a rotation angle sensor 23 for detecting the rotation angle of the rotor of the electric motor 18 .

出力軸9(電動モータ18の駆動対象の一例)に加えられるトルクとしては、電動モータ18によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクTlcには、操舵トルクT、路面負荷トルク(路面反力トルク)Trl、摩擦トルクT等が含まれる。The torque applied to the output shaft 9 (an example of the object to be driven by the electric motor 18) includes motor torque by the electric motor 18 and disturbance torque other than the motor torque. The disturbance torque T lc other than the motor torque includes steering torque T d , road load torque (road surface reaction torque) T rl , friction torque T f and the like.

操舵トルクTは、運転者によってステアリングホイール2に加えられる力や、ステアリングホイール2の慣性力によって、ステアリングホイール2側から出力軸9に加えられるトルクである。The steering torque T d is torque applied to the output shaft 9 from the steering wheel 2 side due to the force applied to the steering wheel 2 by the driver or the inertial force of the steering wheel 2 .

路面負荷トルクTrlは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力等によって、路面側から転舵輪3およびラック軸14を介して出力軸9に加えられるトルクである。The road load torque Trl is torque applied from the road surface side to the output shaft 9 via the steerable wheels 3 and the rack shaft 14 due to self-aligning torque generated in tires, forces generated by the suspension and tire wheel alignment, and the like. .

摩擦トルクTは、トーションバー10からタイヤまでのトルク伝達経路で発生する摩擦によって出力軸9に加えられるトルクである。摩擦トルクTは、ウォームホイール21とウォームギヤ20との間の摩擦およびラックアンドピニオン機構の摩擦によって出力軸9に加えられるトルクを含む。The friction torque Tf is torque applied to the output shaft 9 by friction generated in the torque transmission path from the torsion bar 10 to the tire. The friction torque Tf includes the torque applied to the output shaft 9 by the friction between the worm wheel 21 and the worm gear 20 and the friction of the rack and pinion mechanism.

この実施形態では、モータトルク以外の外乱トルクTlcから、操舵トルクTまたはステアリングホイール2の慣性力の影響を補償した操舵トルクTd’を減算したトルクが、後述する角度制御部42(図2参照)によって演算される角度制御用目標トルクTm,acに対して補償されるべき負荷(補償対象負荷)Tleとなる。したがって、この実施形態では、補償対象負荷Tleは、路面負荷トルク(路面反力トルク)Trlおよび摩擦トルクTを含んでいる。以下において、補償対象負荷Tleを減速機19の減速比Nで除算した値(Tle/N)をTlemで表すことにする。In this embodiment, the torque obtained by subtracting the steering torque T d or the steering torque T d′ compensated for the influence of the inertial force of the steering wheel 2 from the disturbance torque T lc other than the motor torque is the angle control unit 42 (see FIG. 2) is the load to be compensated for the angle control target torque Tm ,ac (compensation target load) Tle . Therefore, in this embodiment, the load to be compensated Tle includes the road load torque (road surface reaction torque) Trl and the friction torque Tf . Hereinafter, the value (T le /N) obtained by dividing the compensation target load T le by the speed reduction ratio N of the speed reducer 19 will be represented by T lem .

車両には、車速Vを検出するための車速センサ24、車両の進行方向前方の道路を撮影するCCD(Charge Coupled Device)カメラ25、自車位置を検出するためのGPS(Global Positioning System)26、道路形状や障害物を検出するためのレーダー27および地図情報を記憶した地図情報メモリ28が搭載されている。 The vehicle includes a vehicle speed sensor 24 for detecting the vehicle speed V, a CCD (Charge Coupled Device) camera 25 for photographing the road in front of the vehicle, a GPS (Global Positioning System) 26 for detecting the position of the vehicle, A radar 27 for detecting road shapes and obstacles and a map information memory 28 for storing map information are mounted.

CCDカメラ25、GPS26、レーダー27および地図情報メモリ28は、自動支援制御や自動運転制御を行うための上位ECU(ECU:Electronic Control Unit)201に接続されている。上位ECU201は、CCDカメラ25、GPS26およびレーダー27によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定を行う。 The CCD camera 25, GPS 26, radar 27, and map information memory 28 are connected to a host ECU (Electronic Control Unit) 201 for performing automatic support control and automatic driving control. Based on the information and map information obtained by the CCD camera 25, GPS 26 and radar 27, the host ECU 201 recognizes the surrounding environment, estimates the position of the vehicle, and plans routes, and determines control target values for steering and drive actuators. .

この実施形態では、上位ECU201は、自動操舵のための目標操舵角θcmdaを設定する。この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるための制御である。目標操舵角θcmdaは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。このような目標操舵角θcmdaを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。この実施形態では、出力軸9の回転角を「操舵角」ということにする。In this embodiment, the host ECU 201 sets a target steering angle θ cmda for automatic steering. In this embodiment, the automatic steering control is, for example, control for running the vehicle along the target trajectory. The target steering angle θ cmda is a target value of the steering angle for automatically driving the vehicle along the target track. Since the processing for setting the target steering angle θ cmda is well known, detailed description thereof will be omitted here. In this embodiment, the rotation angle of the output shaft 9 is called "steering angle".

上位ECU201によって設定される目標操舵角θcmdaは、車載ネットワークを介して、モータ制御用ECU202に与えられる。トルクセンサ12によって検出される操舵トルクT、回転角センサ23の出力信号、車速センサ24によって検出される車速Vは、モータ制御用ECU202に入力される。モータ制御用ECU202は、これらの入力信号および上位ECU201から与えられる情報に基づいて、電動モータ18を制御する。The target steering angle θ cmda set by the host ECU 201 is given to the motor control ECU 202 via the in-vehicle network. The steering torque T d detected by the torque sensor 12 , the output signal of the rotation angle sensor 23 , and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24 are input to the motor control ECU 202 . The motor control ECU 202 controls the electric motor 18 based on these input signals and information given from the host ECU 201 .

図2は、モータ制御用ECU202の電気的構成を説明するためのブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram for explaining the electrical configuration of the motor control ECU 202. As shown in FIG.

モータ制御用ECU202は、マイクロコンピュータ40と、マイクロコンピュータ40によって制御され、電動モータ18に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)31と、電動モータ18に流れる電流(以下、「モータ電流I」という)を検出するための電流検出回路32とを備えている。 The motor control ECU 202 includes a microcomputer 40, a drive circuit (inverter circuit) 31 that is controlled by the microcomputer 40 and supplies power to the electric motor 18, and a current flowing through the electric motor 18 (hereinafter referred to as "motor current I"). ) and a current detection circuit 32 for detecting the current.

マイクロコンピュータ40は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト制御部(assist map)41と、角度制御部(Angle controller)42と、補償対象負荷推定部43と、シェアードコントロール部(shared control)44と、目標モータ電流演算部45と、電流偏差演算部46と、PI制御部47と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部48と、回転角演算部49と、減速比除算部50とを含む。 The microcomputer 40 has a CPU and memory (ROM, RAM, non-volatile memory, etc.), and functions as a plurality of functional processing units by executing predetermined programs. The plurality of functional processing units include an assist control unit (assist map) 41, an angle control unit (Angle controller) 42, a compensation target load estimation unit 43, a shared control unit (shared control) 44, a target motor current A calculation unit 45 , a current deviation calculation unit 46 , a PI control unit 47 , a PWM (Pulse Width Modulation) control unit 48 , a rotation angle calculation unit 49 and a reduction ratio division unit 50 are included.

アシスト制御部41は、本発明の第1設定部の一例である。角度制御部42は、本発明の第2設定部の一例である。シェアードコントロール部44は、本発明の第1演算部および第2演算部の一例である。 The assist control section 41 is an example of the first setting section of the present invention. The angle control section 42 is an example of the second setting section of the present invention. The shared control section 44 is an example of the first calculation section and the second calculation section of the present invention.

回転角演算部49は、回転角センサ23の出力信号に基づいて、電動モータ18のロータ回転角θを演算する。減速比除算部50は、回転角演算部49によって演算されるロータ回転角θを減速比Nで除算することにより、ロータ回転角θを出力軸9の回転角(実操舵角)θに換算する。The rotation angle calculator 49 calculates the rotor rotation angle θm of the electric motor 18 based on the output signal of the rotation angle sensor 23 . A reduction ratio division unit 50 divides the rotor rotation angle θm calculated by the rotation angle calculation unit 49 by the reduction ratio N, thereby dividing the rotor rotation angle θm into the rotation angle (actual steering angle) θ of the output shaft 9. Convert.

アシスト制御部41は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値である目標アシストトルクTm,mcを設定する。アシスト制御部41は、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTと車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、目標アシストトルクTm,mcを設定する。操舵トルクTに対する目標アシストトルクTm,mcの設定例は、図3に示されている。The assist control unit 41 sets a target assist torque Tm ,mc, which is a target value of assist torque required for manual operation. The assist control unit 41 sets target assist torques Tm , mc based on the steering torque Td detected by the torque sensor 12 and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24 . A setting example of the target assist torque Tm ,mc with respect to the steering torque Td is shown in FIG.

目標アシストトルクTm,mcは、操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させる。また、目標アシストトルクTm,mcは、操舵トルクTの負の値に対しては負をとり、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させる。そして、目標アシストトルクTm,mcは、操舵トルクTの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、目標アシストトルクTm,mcは、車速センサ24によって検出される車速Vが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。The target assist torque Tm ,mc takes a positive value with respect to a positive value of the steering torque Td , and causes the electric motor 18 to generate a steering assist force for left steering. Also, the target assist torque Tm ,mc takes a negative value with respect to a negative value of the steering torque Td , and causes the electric motor 18 to generate a steering assist force for rightward steering. The target assist torque Tm ,mc is set such that its absolute value increases as the absolute value of the steering torque Td increases. The target assist torque Tm ,mc is set such that its absolute value decreases as the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 24 increases.

角度制御部42は、上位ECU201から与えられる目標操舵角θcmdaと減速比除算部50によって演算される実操舵角θとに基づいて、角度制御(操舵角制御)に必要となる角度制御用目標トルクTm,acを設定する。角度制御部42の詳細については、後述する。Based on the target steering angle θ cmda given from the host ECU 201 and the actual steering angle θ calculated by the reduction ratio dividing unit 50, the angle control unit 42 calculates a target angle control required for angle control (steering angle control). Set the torque Tm ,ac . Details of the angle control unit 42 will be described later.

補償対象負荷推定部43は、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTと、減速比除算部50によって演算される実操舵角θと、シェアードコントロール部44によって設定される目標モータトルクTとに基づいて、補償対象負荷Tlemを推定する。後述するように、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acと、補償対象負荷推定部43によって推定される補償対象負荷Tlemとに基づいて、自動操舵に必要なモータトルクの目標値である目標自動操舵トルクTm,ad(図8参照)が演算される。補償対象負荷推定部43の詳細については、後述する。The compensation target load estimator 43 calculates the steering torque Td detected by the torque sensor 12, the actual steering angle θ calculated by the reduction ratio divider 50, and the target motor torque Tm set by the shared controller 44. Estimate the load to be compensated T lem based on . As will be described later, based on the angle control target torque T m,ac set by the angle control unit 42 and the compensation target load T lem estimated by the compensation target load estimation unit 43, the motor necessary for automatic steering is determined. A target automatic steering torque T m,ad (see FIG. 8), which is a torque target value, is calculated. The details of the compensation target load estimator 43 will be described later.

シェアードコントロール部44には、アシスト制御部41によって設定される目標アシストトルクTm,mcと、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acと、角度制御部42によって演算される角度偏差Δθ(図4参照)と、補償対象負荷推定部43によって推定される補償対象負荷Tlemとが入力される。シェアードコントロール部44は、これらの入力に基づいて、目標モータトルクTを演算する。シェアードコントロール部44の詳細については、後述する。The shared control unit 44 stores a target assist torque Tm ,mc set by the assist control unit 41, a target torque for angle control Tm, ac set by the angle control unit 42, and a target torque Tm,ac for angle control which is calculated by the angle control unit 42. and the compensation target load T lem estimated by the compensation target load estimator 43 are input. The shared control section 44 calculates the target motor torque Tm based on these inputs. Details of the shared control unit 44 will be described later.

目標モータ電流演算部45は、シェアードコントロール部44によって演算された目標モータトルクTを電動モータ18のトルク定数Kで除算することにより、目標モータ電流Icmdを演算する。The target motor current calculation unit 45 calculates the target motor current I cmd by dividing the target motor torque T m calculated by the shared control unit 44 by the torque constant K t of the electric motor 18 .

電流偏差演算部46は、目標モータ電流演算部45によって得られた目標モータ電流Icmdと電流検出回路32によって検出されたモータ電流Iとの偏差ΔI(=Icmd-I)を演算する。A current deviation calculator 46 calculates a deviation ΔI (=I cmd −I) between the target motor current I cmd obtained by the target motor current calculator 45 and the motor current I detected by the current detection circuit 32 .

PI制御部47は、電流偏差演算部46によって演算された電流偏差ΔIに対するPI演算(比例積分演算)を行うことにより、電動モータ18に流れるモータ電流Iを目標モータ電流Icmdに導くための駆動指令値を生成する。PWM制御部48は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のPWM制御信号を生成して、駆動回路31に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ18に供給されることになる。The PI control unit 47 performs PI calculation (proportional integral calculation) on the current deviation ΔI calculated by the current deviation calculation unit 46 to drive the motor current I flowing through the electric motor 18 to the target motor current I cmd . Generate a command value. The PWM control unit 48 generates a PWM control signal having a duty ratio corresponding to the drive command value, and supplies it to the drive circuit 31 . As a result, electric power corresponding to the drive command value is supplied to the electric motor 18 .

以下、角度制御部42、補償対象負荷推定部43およびシェアードコントロール部44について詳しく説明する。 The angle control section 42, the compensation target load estimation section 43, and the shared control section 44 will be described in detail below.

図4は、角度制御部42の構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the angle control section 42. As shown in FIG.

角度制御部42は、ローパスフィルタ(LPF)61と、フィードバック制御部62と、フィードフォワード制御部63と、トルク加算部64と、減速比除算部65とを含む。 The angle control section 42 includes a low-pass filter (LPF) 61 , a feedback control section 62 , a feedforward control section 63 , a torque addition section 64 and a reduction ratio division section 65 .

ローパスフィルタ61は、上位ECU201から与えられる目標操舵角θcmdaに対してローパスフィルタ処理を行う。ローパスフィルタ処理後の目標操舵角θcmdは、フィードバック制御部62およびフィードフォワード制御部63に与えられる。The low-pass filter 61 performs low-pass filter processing on the target steering angle θ cmda given from the host ECU 201 . The target steering angle θ cmd after low-pass filtering is applied to feedback control section 62 and feedforward control section 63 .

フィードバック制御部62は、減速比除算部50(図2参照)によって演算される実操舵角θを、目標操舵角θcmdに近づけるために設けられている。フィードバック制御部62は、角度偏差演算部62AとPD制御部62Bとを含む。角度偏差演算部62Aは、目標操舵角θcmdと、減速比除算部50によって演算される実操舵角θとの偏差Δθ(=θcmd-θ)を演算する。角度偏差演算部62Aによって演算された角度偏差Δθは、PD制御部62Bに与えられるとともに、シェアードコントロール部44にも与えられる。The feedback control section 62 is provided to bring the actual steering angle θ calculated by the reduction ratio dividing section 50 (see FIG. 2) closer to the target steering angle θ cmd . The feedback controller 62 includes an angular deviation calculator 62A and a PD controller 62B. The angle deviation calculator 62A calculates a deviation Δθ (=θ cmd −θ) between the target steering angle θ cmd and the actual steering angle θ calculated by the speed reduction ratio divider 50 . The angular deviation Δθ calculated by the angular deviation calculator 62A is provided to the PD controller 62B and also to the shared controller 44 .

PD制御部62Bは、角度偏差演算部62Aによって演算される角度偏差Δθに対してPD演算(比例微分演算)を行うことにより、フィードバック制御トルクTfbを演算する。具体的には、PD制御部62Bは、比例処理部111、微分処理部112、比例ゲイン乗算部113、微分ゲイン乗算部114および加算部115を備えている。The PD control section 62B calculates the feedback control torque Tfb by performing PD calculation (proportional differential calculation) on the angular deviation Δθ calculated by the angular deviation calculating section 62A. Specifically, the PD control section 62B includes a proportional processing section 111, a differential processing section 112, a proportional gain multiplying section 113, a differential gain multiplying section 114, and an adding section 115. FIG.

比例ゲイン乗算部113は、比例処理部111が角度偏差Δθを比例処理したものに、比例ゲインKを乗算する。微分ゲイン乗算部114は、微分処理部112が角度偏差Δθを微分処理したものに、微分ゲインKを乗算する。加算部115は、比例ゲイン乗算部113および微分ゲイン乗算部114の各乗算結果を加算することにより、フィードバック制御トルクTfbを演算する。フィードバック制御トルクTfbは、トルク加算部64に与えられる。The proportional gain multiplication unit 113 multiplies the angle deviation Δθ proportionally processed by the proportional processing unit 111 by the proportional gain KP . Differential gain multiplication section 114 multiplies the angle deviation Δθ differentiated by differential processing section 112 by differential gain KD . Addition section 115 calculates feedback control torque Tfb by adding the multiplication results of proportional gain multiplication section 113 and differential gain multiplication section 114 . The feedback control torque T fb is applied to the torque addition section 64 .

フィードフォワード制御部63は、電動パワーステアリングシステム1の慣性による応答性の遅れを補償して、制御の応答性を向上させるために設けられている。フィードフォワード制御部63は、角加速度演算部63Aと慣性乗算部63Bとを含む。角加速度演算部63Aは、目標操舵角θcmdを二階微分することにより、目標角加速度dθcmd/dtを演算する。慣性乗算部63Bは、目標角加速度dθcmd/dtに、電動パワーステアリングシステム1の慣性Jを乗算することにより、フィードフォワードトルクTff(=J・dθcmd/dt)を演算する。慣性Jは、例えば、電動パワーステアリングシステム1の物理モデルから求められる。フィードフォワードトルクTffは、慣性補償値として、トルク加算部64に与えられる。The feedforward control section 63 is provided to compensate for the response delay due to the inertia of the electric power steering system 1 and improve the control response. Feedforward control section 63 includes an angular acceleration calculation section 63A and an inertia multiplication section 63B. The angular acceleration calculator 63A calculates a target angular acceleration d 2 θ cmd /dt 2 by second-order differentiating the target steering angle θ cmd . Inertia multiplier 63B multiplies target angular acceleration d 2 θ cmd /dt 2 by inertia J of electric power steering system 1 to obtain feedforward torque T ff (=J·d 2 θ cmd /dt 2 ). Calculate. Inertia J is obtained from a physical model of the electric power steering system 1, for example. The feedforward torque Tff is given to the torque adder 64 as an inertia compensation value.

トルク加算部64は、フィードバック制御トルクTfbにフィードフォワードトルクTffを加算することにより、角度制御用目標操舵トルク(Tfb+Tff)を演算する。これにより、慣性が補償された角度制御用目標操舵トルク(出力軸9に対する目標トルク)が得られる。これにより、精度の高いモータ制御(操舵角制御)が行われるようになる。The torque addition unit 64 calculates the target steering torque for angle control (T fb +T ff ) by adding the feedforward torque T ff to the feedback control torque T fb . As a result, the target steering torque for angle control (the target torque for the output shaft 9) whose inertia is compensated is obtained. As a result, highly accurate motor control (steering angle control) can be performed.

角度制御用目標操舵トルク(Tfb+Tff)は、減速比除算部65に与えられる。減速比除算部65は、角度制御用目標操舵トルク(Tfb+Tff)を減速比Nで除算することにより、角度制御用目標トルクTm,ac(電動モータ18に対する目標トルク)を演算する。この角度制御用目標トルクTm,acは、シェアードコントロール部44(図2参照)に与えられる。The target steering torque for angle control (T fb +T ff ) is given to the reduction ratio dividing section 65 . The reduction ratio dividing unit 65 divides the target steering torque for angle control (T fb +T ff ) by the reduction ratio N to calculate the target torque for angle control T m,ac (the target torque for the electric motor 18). This angle control target torque Tm ,ac is given to the shared control section 44 (see FIG. 2).

図5は、補償対象負荷推定部43の構成を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the compensation target load estimator 43. As shown in FIG.

補償対象負荷推定部43は、減速比乗算部71と、外乱トルク推定部(外乱オブザーバ)72と、減算部73と、減速比除算部74とを含んでいる。 The compensation target load estimation unit 43 includes a reduction ratio multiplication unit 71 , a disturbance torque estimation unit (disturbance observer) 72 , a subtraction unit 73 , and a reduction ratio division unit 74 .

減速比乗算部71は、シェアードコントロール部44によって設定された目標モータトルクTに減速比Nを乗算することにより、目標モータトルクTm-を出力軸9に作用する目標操舵トルクN・Tに換算する。A reduction ratio multiplication unit 71 multiplies the target motor torque Tm set by the shared control unit 44 by the reduction ratio N to obtain the target steering torque N· Tm acting on the output shaft 9 from the target motor torque Tm− . Convert to

外乱トルク推定部72は、プラント(制御対象(モータ駆動対象))に外乱として発生する非線形なトルク(外乱トルク:モータトルク以外のトルク)を推定する。外乱トルク推定部72は、プラントの目標値である目標操舵トルクN・Tと、プラントの出力である実操舵角θとに基づいて、外乱トルク(外乱負荷)Tlc、操舵角θおよび操舵角微分値(角速度)dθ/dtを推定する。以下において、外乱トルクTlc、操舵角θおよび操舵角微分値(角速度)dθ/dtの推定値を、それぞれ^Tlc、^θおよびd^θ/dtで表す場合がある。The disturbance torque estimator 72 estimates a non-linear torque (disturbance torque: torque other than motor torque) generated as a disturbance in a plant (controlled object (motor driven object)). The disturbance torque estimator 72 calculates a disturbance torque (disturbance load) T lc , a steering angle θ, and a steering An angular differential value (angular velocity) dθ/dt is estimated. In the following, estimated values of disturbance torque T lc , steering angle θ, and steering angle differential value (angular velocity) dθ/dt may be represented by ̂T lc , ̂θ, and d̂θ/dt, respectively.

減算部73は、外乱トルク推定部72によって推定された外乱トルクTlcから、トルクセンサ12によって検出された操舵トルクTを減算することによって、出力軸9(減速機19)に加えられる補償対象負荷Tle(=Tlc-T)を演算する。減速比除算部74は、減算部73によって演算された補償対象負荷Tleを減速比Nで除算することによって、減速機19を介して電動モータ18のモータシャフトに加えられる補償対象負荷Tlemを演算する。減速比除算部74によって演算された補償対象負荷Tlemは、シェアードコントロール部44に与えられる。The subtracting unit 73 subtracts the steering torque Td detected by the torque sensor 12 from the disturbance torque Tlc estimated by the disturbance torque estimating unit 72, thereby calculating the compensation target applied to the output shaft 9 (reduction gear 19). Calculate the load T le (=T lc −T d ). The reduction ratio division unit 74 divides the compensation target load T le calculated by the subtraction unit 73 by the reduction ratio N, thereby dividing the compensation target load T lem applied to the motor shaft of the electric motor 18 via the speed reducer 19. Calculate. The load to be compensated T lem calculated by the reduction ratio dividing section 74 is provided to the shared control section 44 .

外乱トルク推定部72について詳しく説明する。外乱トルク推定部72は、例えば、図6に示す電動パワーステアリングシステム1の物理モデル101を使用して、外乱トルクTlc、操舵角θおよび角速度dθ/dtを推定する外乱オブザーバから構成されている。The disturbance torque estimator 72 will be described in detail. The disturbance torque estimator 72 is composed of a disturbance observer that estimates the disturbance torque T lc , the steering angle θ, and the angular velocity dθ/dt using, for example, the physical model 101 of the electric power steering system 1 shown in FIG. .

この物理モデル101は、出力軸9および出力軸9に固定されたウォームホイール21を含むプラント(モータ駆動対象の一例)102を含む。プラント102には、ステアリングホイール2からトーションバー10を介して操舵トルクTが与えられる。また、プラント102には、転舵輪3側から路面負荷トルクTrlが与えられるとともにラックアンドピニオン機構の摩擦等によって摩擦トルクTの一部Tf1が与えられる。さらに、プラント102には、ウォームギヤ20を介して目標操舵トルクN・Tが与えられるとともにウォームホイール21とウォームギヤ20との間の摩擦等によって摩擦トルクTの一部Tf2が与えられる。ここでは、T=Tf1+Tf2とする。This physical model 101 includes a plant (an example of a motor driven object) 102 including an output shaft 9 and a worm wheel 21 fixed to the output shaft 9 . A steering torque Td is applied to the plant 102 from the steering wheel 2 through the torsion bar 10 . Further, the plant 102 is provided with a road load torque Trl from the steered wheel 3 side, and a part Tf1 of the friction torque Tf due to the friction of the rack-and-pinion mechanism or the like. Further, the plant 102 is provided with a target steering torque N· Tm via the worm gear 20, and is provided with a portion Tf2 of the friction torque Tf by friction between the worm wheel 21 and the worm gear 20, or the like. Here, T f =T f1 +T f2 .

プラント102の慣性をJとすると、物理モデル101の慣性についての運動方程式は、次式(1)で表される。 Assuming that the inertia of the plant 102 is J, the equation of motion for the inertia of the physical model 101 is represented by the following equation (1).

Figure 0007236038000001
Figure 0007236038000001

θ/dtは、プラント102の加速度である。Nは、減速機19の減速比である。Tlcは、プラント102に与えられるモータトルク以外の外乱トルクを示している。この実施形態では、外乱トルクTlcは、主として、操舵トルクTと路面負荷トルクTrlと摩擦トルクTとを含むと考える。d 2 θ/dt 2 is the acceleration of plant 102 . N is the speed reduction ratio of the speed reducer 19 . Tlc indicates disturbance torque other than the motor torque applied to the plant 102 . In this embodiment, the disturbance torque Tlc is considered to mainly include the steering torque Td , the road load torque Trl , and the friction torque Tf .

図6の物理モデル101に対する状態方程式は、例えば、次式(2)で表わされる。 A state equation for the physical model 101 of FIG. 6 is represented by the following equation (2), for example.

Figure 0007236038000002
Figure 0007236038000002

前記式(2)において、xは、状態変数ベクトルである。前記式(2)において、uは、既知入力ベクトルである。前記式(2)において、uは、未知入力ベクトルである。前記式(2)において、yは、出力ベクトル(測定値)である。前記式(2)において、Aは、システム行列である。前記式(2)において、Bは、第1入力行列である。前記式(2)において、Bは、第2入力行列である。前記式(2)において、Cは、出力行列である。前記式(2)において、Dは、直達行列である。In the above equation (2), x is a state variable vector. In equation (2) above, u1 is a known input vector. In equation (2) above, u2 is an unknown input vector. In the above equation (2), y is the output vector (measured value). In equation (2) above, A is a system matrix. In equation (2) above, B1 is the first input matrix. In equation (2) above, B2 is the second input matrix. In equation (2) above, C is the output matrix. In the above equation (2), D is a feedthrough matrix.

前記状態方程式を、未知入力ベクトルuを状態の1つとして含めた系に拡張する。拡張系の状態方程式(拡張状態方程式)は、例えば、次式(3)で表される。We extend the above state equation to a system that includes the unknown input vector u1 as one of the states. The state equation of the extended system (extended state equation) is represented by the following equation (3), for example.

Figure 0007236038000003
Figure 0007236038000003

前記式(3)において、xは、拡張系の状態変数ベクトルであり、次式(4)で表される。In the above equation (3), x e is the state variable vector of the extended system and is expressed by the following equation (4).

Figure 0007236038000004
Figure 0007236038000004

前記式(3)において、Aは、拡張系のシステム行列である。前記式(3)において、Bは、拡張系の既知入力行列である。前記式(3)において、Cは、拡張系の出力行列である。In the above equation (3), A e is the extended system matrix. In the above equation (3), B e is the known input matrix of the extended system. In the above equation (3), C e is the output matrix of the extended system.

前記式(3)の拡張状態方程式から、次式(5)の方程式で表される外乱オブザーバ(拡張状態オブザーバ)が構築される。 A disturbance observer (extended state observer) represented by the following equation (5) is constructed from the extended state equation of equation (3).

Figure 0007236038000005
Figure 0007236038000005

式(5)において、^xはxの推定値を表している。また、Lはオブザーバゲインである。また、^yはyの推定値を表している。^xは、次式(6)で表される。In equation (5), ̂x e represents an estimate of x e . Also, L is an observer gain. Also, ^y represents the estimated value of y. ^x e is represented by the following equation (6).

Figure 0007236038000006
Figure 0007236038000006

^θはθの推定値であり、^TlcはTlcの推定値である。̂θ is an estimate of θ, and ̂Tlc is an estimate of Tlc .

外乱トルク推定部72は、前記式(5)の方程式に基づいて状態変数ベクトル^xを演算する。The disturbance torque estimator 72 calculates the state variable vector ̂xe based on the equation (5).

図7は、外乱トルク推定部72の構成を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the disturbance torque estimator 72. As shown in FIG.

外乱トルク推定部72は、入力ベクトル入力部81と、出力行列乗算部82と、第1加算部83と、ゲイン乗算部84と、入力行列乗算部85と、システム行列乗算部86と、第2加算部87と、積分部88と、状態変数ベクトル出力部89とを含む。 The disturbance torque estimation unit 72 includes an input vector input unit 81, an output matrix multiplication unit 82, a first addition unit 83, a gain multiplication unit 84, an input matrix multiplication unit 85, a system matrix multiplication unit 86, a second It includes an addition section 87 , an integration section 88 and a state variable vector output section 89 .

減速比乗算部71(図5参照)によって演算される目標操舵トルクN・Tは、入力ベクトル入力部81に与えられる。入力ベクトル入力部81は、入力ベクトルuを出力する。The target steering torque N· Tm calculated by the reduction ratio multiplication section 71 (see FIG. 5) is given to the input vector input section 81 . The input vector input unit 81 outputs an input vector u1 .

積分部88の出力が状態変数ベクトル^x(前記式(6)参照)となる。演算開始時には、状態変数ベクトル^xとして初期値が与えられる。状態変数ベクトル^xの初期値は、例えば0である。The output of the integrator 88 is the state variable vector ̂x e (see equation (6) above). At the start of computation, an initial value is given as the state variable vector ̂xe . The initial value of the state variable vector ̂x e is 0, for example.

システム行列乗算部86は、状態変数ベクトル^xにシステム行列Aを乗算する。出力行列乗算部82は、状態変数ベクトル^xに出力行列Cを乗算する。A system matrix multiplier 86 multiplies the state variable vector ̂x e by the system matrix A e . The output matrix multiplier 82 multiplies the state variable vector ̂x e by the output matrix C e .

第1加算部83は、減速比除算部50(図2参照)によって演算された実操舵角θである出力ベクトル(測定値)yから、出力行列乗算部82の出力(C・^x)を減算する。つまり、第1加算部83は、出力ベクトルyと出力ベクトル推定値^y(=C・^x)との差(y-^y)を演算する。ゲイン乗算部84は、第1加算部83の出力(y-^y)にオブザーバゲインL(前記式(5)参照)を乗算する。The first adder 83 calculates the output (C e ·̂x e ). That is, the first adder 83 calculates the difference (y−̂y) between the output vector y and the output vector estimated value ̂y (=C e ·̂x e ). The gain multiplier 84 multiplies the output (y−̂y) of the first adder 83 by the observer gain L (see the above equation (5)).

入力行列乗算部85は、入力ベクトル入力部81から出力される入力ベクトルuに入力行列Bを乗算する。第2加算部87は、入力行列乗算部85の出力(B・u)と、システム行列乗算部86の出力(A・^x)と、ゲイン乗算部84の出力(L(y-^y))とを加算することにより、状態変数ベクトルの微分値d^x/dtを演算する。積分部88は、第2加算部87の出力(d^x/dt)を積分することにより、状態変数ベクトル^xを演算する。状態変数ベクトル出力部89は、状態変数ベクトル^xに基づいて、外乱トルク推定値^Tlc、操舵角推定値^θおよび角速度推定値d^θ/dtを出力する。The input matrix multiplication unit 85 multiplies the input vector u1 output from the input vector input unit 81 by the input matrix Be . The second adder 87 outputs the input matrix multiplier 85 output (B e ·u 1 ), the system matrix multiplier 86 output (A e ·̂x e ), and the gain multiplier 84 output (L(y −^y)) is added to calculate the differential value d^x e /dt of the state variable vector. The integrator 88 calculates the state variable vector ̂x e by integrating the output (d̂x e /dt) of the second adder 87 . A state variable vector output unit 89 outputs an estimated disturbance torque value ̂T lc , an estimated steering angle value ̂θ, and an estimated angular velocity value d̂θ/dt based on the state variable vector ̂xe.

一般的な外乱オブザーバは、前述の拡張状態オブザーバとは異なり、プラントの逆モデルとローパスフィルタとから構成される。プラントの運動方程式は、前述したように、式(1)で表される。したがって、プラントの逆モデルは、次式(7)となる。 A general disturbance observer consists of an inverse model of the plant and a low-pass filter, unlike the extended state observer described above. The equation of motion of the plant is expressed by Equation (1) as described above. Therefore, the inverse model of the plant is the following equation (7).

Figure 0007236038000007
Figure 0007236038000007

一般的な外乱オブザーバへの入力は、J・dθ/dtおよびTであり、実操舵角θの二階微分値を用いるため、回転角センサ23のノイズの影響を大きく受ける。これに対して、前述の実施形態の拡張状態オブザーバでは、モータトルク入力から推定される操舵角推定値^θと実操舵角θとの差(y-^y)に応じて、積分型で外乱トルクを推定するため、微分によるノイズ影響を低減できる。Inputs to a general disturbance observer are J·d 2 θ/dt 2 and T m , and are greatly affected by noise of the rotation angle sensor 23 because the second derivative of the actual steering angle θ is used. On the other hand, in the extended state observer of the above-described embodiment, the disturbance is integrated according to the difference (y - y) between the estimated steering angle value ^θ estimated from the motor torque input and the actual steering angle θ. Since the torque is estimated, the noise effect due to differentiation can be reduced.

図8は、シェアードコントロール部44の構成を示すブロック図である。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the shared control section 44. As shown in FIG.

シェアードコントロール部44は、絶対値演算部91と、除算部92と、β演算部93と、α演算部94と、リミッタ95と、減算部96と、α乗算部97と、β乗算部98と、加算部99とを含んでいる。リミッタ95は、本発明の制限処理部の一例である。 The shared control unit 44 includes an absolute value calculation unit 91, a division unit 92, a β calculation unit 93, an α calculation unit 94, a limiter 95, a subtraction unit 96, an α multiplication unit 97, and a β multiplication unit 98. , and an adder 99 . Limiter 95 is an example of a limit processor of the present invention.

絶対値演算部91は、角度偏差Δθの絶対値|Δθ|を演算する。除算部92は、絶対値演算部91によって演算された角度偏差Δθの絶対値|Δθ|を、予め設定されたシェアードコントロール有効角度偏差幅(以下、単に「有効角度偏差幅W」という)で除算することによって、重み演算用変数|Δθ|/Wを演算する。なお、W>0である。 The absolute value calculator 91 calculates the absolute value |Δθ| of the angular deviation Δθ. The division unit 92 divides the absolute value |Δθ| of the angular deviation Δθ calculated by the absolute value calculation unit 91 by a preset shared control effective angular deviation width (hereinafter simply referred to as “effective angular deviation width W”). By doing so, the weight calculation variable |Δθ|/W is calculated. Note that W>0.

β演算部93は、次式(8)に基づいて、重み係数βを演算する。つまり、β演算部93は、次式(8)で定義される飽和関数sat0,1(|Δθ|/W)を用いて、重み係数βを演算する。飽和関数sat0,1(|Δθ|/W)は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である角度偏差Δθを用いて演算される。The β calculator 93 calculates the weighting factor β based on the following equation (8). That is, the β calculator 93 calculates the weighting factor β using the saturation function sat 0,1 (|Δθ|/W) defined by the following equation (8). The saturation function sat 0,1 (|Δθ|/W) is calculated using the angular deviation Δθ, which is an example of "a value that changes according to the driver input".

Figure 0007236038000008
Figure 0007236038000008

つまり、β演算部93は、図9に実線の折れ線で示すように、|Δθ|/Wが1よりも大きければ、1を出力する。また、β演算部93は、|Δθ|/Wが0以上でかつ1以下であれば、|Δθ|/Wの演算結果を出力する。したがって、重み係数βは0以上1以下の値をとる。 That is, the β calculator 93 outputs 1 if |Δθ|/W is greater than 1, as indicated by the solid broken line in FIG. Further, if |Δθ|/W is equal to or greater than 0 and equal to or less than 1, the β calculation unit 93 outputs the calculation result of |Δθ|/W. Therefore, the weighting factor β takes a value of 0 or more and 1 or less.

α演算部94は、1からβを減算することにより、重み係数αを演算する。つまり、α演算部94は、図9に鎖線の折れ線で示すように、|Δθ|/Wが1よりも大きければ、0を出力する。また、α演算部94は、|Δθ|/Wが0以上でかつ1以下であれば、{1-(|Δθ|/W)}の演算結果を出力する。したがって、重み係数αは0以上1以下の値をとる。 The α calculator 94 calculates the weighting factor α by subtracting β from 1. That is, the α calculator 94 outputs 0 if |Δθ|/W is greater than 1, as indicated by the dashed broken line in FIG. Further, if |Δθ|/W is equal to or greater than 0 and equal to or less than 1, the α calculation unit 94 outputs a calculation result of {1−(|Δθ|/W)}. Therefore, the weighting factor α takes a value of 0 or more and 1 or less.

リミッタ95は、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acを所定の下限飽和値Tmin(Tmin<0)と上限飽和値Tmax(Tmax>0)との間に制限する。この実施形態では、Tmin=-Tmaxである。具体的には、リミッタ75は、次式(9)に基づいて、制限処理後の角度制御用目標トルクsatTmin,Tmax(Tm,ac)を演算する。The limiter 95 sets the angle control target torque T m,ac set by the angle control section 42 between a predetermined lower limit saturation value T min (T min <0) and an upper limit saturation value T max (T max >0). limit to In this embodiment, T min =−T max . Specifically, the limiter 75 calculates the target torque for angle control sat Tmin,Tmax (Tm ,ac ) after the limiting process based on the following equation (9).

Figure 0007236038000009
Figure 0007236038000009

リミッタ95は、図10に示すように、角度制御用目標トルクTm,acが下限飽和値Tmin以上でかつ上限飽和値Tmax以下の値であるときには、角度制御用目標トルクTm,acを、そのまま出力する。また、リミッタ75は、角度制御用目標トルクTm,acが下限飽和値Tmin未満であれば、下限飽和値Tminを出力する。また、リミッタ75は、角度制御用目標トルクTm,acが上限飽和値Tmaxよりも大きいときには上限飽和値Tmaxを出力する。As shown in FIG. 10, the limiter 95 controls the angle control target torque Tm ,ac when the angle control target torque Tm,ac is equal to or higher than the lower limit saturation value Tmin and equal to or lower than the upper limit saturation value Tmax . is output as is. Further, the limiter 75 outputs the lower limit saturation value Tmin if the angle control target torque Tm ,ac is less than the lower limit saturation value Tmin . Further, the limiter 75 outputs the upper limit saturation value Tmax when the angle control target torque Tm ,ac is larger than the upper limit saturation value Tmax .

リミッタ95は、自動操舵中に運転者が自動操舵を解除しやすくするために設けられている。具体的には、自動操舵中に運転者が自動操舵を解除するために操舵操作(操舵介入)を行うと角度偏差Δθが大きくなるので、角度制御部42(図2参照)によって設定される角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が大きくなる。角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が大きくなると、運転者が操舵介入する際の操舵反力が大きくなるので、運転者は操舵介入を行いにくくなる。そこで、リミッタ95を設けて、角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が大きくなりすぎるのを防止している。The limiter 95 is provided so that the driver can easily cancel the automatic steering during the automatic steering. Specifically, when the driver performs a steering operation (steering intervention) to cancel automatic steering during automatic steering, the angle deviation Δθ increases. The absolute value of the control target torque Tm ,ac increases. When the absolute value of the angle control target torque Tm ,ac increases, the steering reaction force when the driver intervenes in steering increases, making it difficult for the driver to intervene in steering. Therefore, a limiter 95 is provided to prevent the absolute value of the angle control target torque Tm ,ac from becoming too large.

減算部96は、リミッタ95による制限処理後の角度制御用目標トルクsatTmin,Tmax(Tm,ac)から、補償対象負荷推定部43(図2参照)によって推定される補償対象負荷Tlemを減算することにより、目標自動操舵トルクTm,ad(=satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)を演算する。これにより、路面負荷トルクTrlや摩擦トルクTが補償された目標自動操舵トルクTm,adが得られる。The subtraction unit 96 subtracts the compensation target load T lem estimated by the compensation target load estimating unit 43 (see FIG. 2) from the angle control target torque sat Tmin, Tmax (T m, ac ) after the limit processing by the limiter 95. By subtracting, the target automatic steering torque T m,ad (=sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ) is calculated. As a result, the target automatic steering torque Tm,ad in which the road load torque Trl and the friction torque Tf are compensated is obtained.

α乗算部97は、減算部96によって演算された目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に、α演算部94によって演算された重み係数αを乗算することにより、α・(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)を演算する。The α multiplier 97 multiplies the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ) calculated by the subtractor 96 by the weighting factor α calculated by the α calculator 94. , α·(sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ).

β乗算部98は、アシスト制御部41(図2参照)によって設定された目標アシストトルクTm,mcに、β演算部93によって演算された重み係数βを乗算することにより、β・Tm,mcを演算する。The β multiplication unit 98 multiplies the target assist torque Tm,mc set by the assist control unit 41 (see FIG. 2) by the weighting factor β calculated by the β calculation unit 93, thereby obtaining β·Tm , Compute mc .

加算部99は、α乗算部97によって演算されたα・(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)と、β乗算部98によって演算されたβ・Tm,mcとを加算することによって、目標モータトルクTを演算する。目標モータトルクTは、次式(10)で表される。The adder 99 adds α·(sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ) calculated by the α multiplier 97 and β·T m,mc calculated by the β multiplier 98. Thus, the target motor torque Tm is calculated. The target motor torque Tm is represented by the following equation (10).

=α・(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)+β・Tm,mc …(10)
つまり、シェアードコントロール部44は、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)と、目標アシストトルクTm,mcとを重み付け加算することにより、目標モータトルクTを演算する。
T m =α·(sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem )+β·T m, mc (10)
That is, the shared control unit 44 weights and adds the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac ) - T lem ) and the target assist torque T m, mc to obtain the target motor torque T m . Calculate.

目標アシストトルクTm,mcに対する重み係数βは、(|Δθ|/W)>1のときには1となり、0≦|Δθ|≦1のときには(|Δθ|/W)となる。一方、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に対する重み係数αは、|Δθ|/W>1のときには0となり、0≦|Δθ|/W≦1のときには(1-|Δθ|/W)となる。The weighting factor β for the target assist torque Tm ,mc is 1 when (|Δθ|/W)>1, and is (|Δθ|/W) when 0≦|Δθ|≦1. On the other hand, the weighting coefficient α for the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ) is 0 when |Δθ|/W>1, and when 0≤|Δθ|/W≤1 (1−|Δθ|/W).

したがって、|Δθ|/W>1のときには、β=1でかつα=0となるので、T=Tm,mcとなる。これにより、角度偏差Δθの絶対値|Δθ|が有効角度偏差幅Wよりも大きいときには、目標アシストトルクTm,mcに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵によって操舵が行われる。Therefore, when |Δθ|/W>1, β=1 and α=0, so T m =T m,mc . of the angle deviation .DELTA..theta . As a result, steering is performed by manual steering.

|Δθ|/Wが零のときには、β=0でかつα=1となるので、T=(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)となる。これにより、角度偏差Δθが0のときには、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に基づいて操舵が行われることになる。When |Δθ|/W is zero, β=0 and α=1, so T m =(sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ). Thus, when the angular deviation Δθ is 0, steering is performed based on the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ).

|Δθ|/Wが0≦|Δθ|/W≦1の範囲内にある場合には、|Δθ|/Wが小さくなるほど(|Δθ|が零に近づくほど)、βが小さくなり、αが大きくなる。一方、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)の絶対値は、|Δθ|が小さくなるほど小さくなる。また、目標アシストトルクTm,mcの絶対値は、角度偏差Δθに関係なく、操舵トルクTの絶対値|T|が大きくなるほど大きくなる。When |Δθ|/W is within the range of 0≤|Δθ|/W≤1, the smaller |Δθ|/W (the closer |Δθ| approaches zero), the smaller β and the α growing. On the other hand, the absolute value of the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ) decreases as |Δθ| decreases. Moreover, the absolute value of the target assist torque Tm ,mc increases as the absolute value | Td | of the steering torque Td increases, regardless of the angular deviation Δθ.

したがって、|Δθ|/Wが0≦|Δθ|/W≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作を行っていないときには、|T|および|Δθ|は比較的小さいので、主として(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に基づいて操舵が行われることになる。これにより、自動操舵による操舵が可能となる。Therefore, when |Δθ|/W is within the range of 0≦|Δθ|/W≦1, and |T d | and |Δθ| are relatively small when the driver is not performing a steering operation, Steering will be performed primarily based on (sat Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ). This enables steering by automatic steering.

|Δθ|/Wが0≦|Δθ|/W≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作(操舵介入)を行うと、|T|が大きくなるため、主として目標アシストトルクTm,mcに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵による操舵が可能となる。この際、|Δθ|が大きくなり、角度制御用目標トルクTm,acの絶対値|Tm,ac|が大きくなるが、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acに対してリミッタ95によって制限がかけられているので、運転者による操舵介入時に操舵反力が大きくなるのを抑制できるから、運転者は操舵介入を行いやすくなる。When |Δθ|/W is within the range of 0≦|Δθ|/W≦1, when the driver performs a steering operation (steering intervention), |T d | Steering is performed based on m and mc . This enables steering by manual steering. At this time, |Δθ| increases and the absolute value |T m,ac | of the angle control target torque T m,ac increases. is restricted by the limiter 95, it is possible to suppress an increase in the steering reaction force when the driver intervenes in the steering, so that the driver can easily intervene in the steering.

|Δθ|/Wが0≦|Δθ|/W≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を弱めた場合、|T|が大きい状態から小さい状態に変化するため、|Δθ|も大きい状態から小さい状態に変化する。これにより、式(10)に基づき、操舵介入の度合に応じて目標アシストトルクTm,mcの絶対値は大きい状態から小さい状態へ変化し、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)は小さい状態から大きい状態へ変化する。|Δθ|/W is in the range of 0≦|Δθ|/W≦1, and if the degree of steering intervention is weakened while the driver is performing steering intervention, |T d | is large. is changed from large to small, and |Δθ| also changes from large to small. As a result, based on the equation (10), the absolute value of the target assist torque Tm ,mc changes from a large state to a small state depending on the degree of steering intervention, and the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (Tm , ac )-T lem ) changes from small to large.

運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を強めた場合は、それぞれ逆方向に変化する。よって、運転者が操舵介入の度合を調整するだけで、自動操舵が主体的な状態と運転者の操舵が主体的な状態とを、切り替えのつなぎ目を意識することなく、シームレスにスムーズに切り替えることができる。 When the degree of steering intervention is strengthened while the driver is performing steering intervention, the respective values change in the opposite direction. Therefore, the driver can seamlessly and smoothly switch between a state in which the automatic steering is subjective and a state in which the driver's steering is subjective, simply by adjusting the degree of steering intervention without being conscious of the seams of switching. can be done.

前述の実施形態では、比較的簡単な制御によって、自動操舵制御および手動操舵制御を同じ電動モータを用いて行うことができる。また、角度偏差Δθの絶対値が有効角度偏差幅Wに達したときに、目標モータトルクTが目標アシストトルクTm,mcと等しくなるので、運転者の操舵操作によって、自動操舵から手動操作に迅速に切り替えることが可能となる。In the above-described embodiments, automatic steering control and manual steering control can be performed using the same electric motor with relatively simple control. Further, when the absolute value of the angle deviation Δθ reaches the effective angle deviation width W, the target motor torque Tm becomes equal to the target assist torque Tm,mc. can be quickly switched to

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、β演算部93(図8参照)は、飽和関数sat0,1(|θ|/W))を用いて、重み係数βを演算している。しかし、β演算部93は、操舵トルクTを用いて、重み係数βを演算してもよい。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other forms. For example, in the above-described embodiment, the β calculator 93 (see FIG. 8) calculates the weighting factor β using the saturation function sat 0,1 (|θ|/W)). However, the β calculator 93 may use the steering torque Td to calculate the weighting factor β.

具体的には、β演算部93は、次式(11)で示される飽和関数sat0,1(P)に基づいて演算されてもよい。飽和関数sat0,1(P)は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である操舵トルクTを用いて演算される。この場合には、図2および図8に二点鎖線で示すように、シェアードコントロール部44に、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTが入力される。Specifically, the β calculator 93 may perform calculations based on a saturation function sat 0,1 (P) given by the following equation (11). The saturation function sat 0,1 (P) is calculated using the steering torque T d , which is an example of "a value that changes according to the driver's input." In this case, the steering torque Td detected by the torque sensor 12 is input to the shared control section 44, as indicated by the two-dot chain lines in FIGS.

Figure 0007236038000010
Figure 0007236038000010

ハンドル手放し状態(T=0)のときには、Pは低下する。ハンドル把持状態においては、操舵トルクの絶対値|T|が大きくなるとPが増加する。P decreases when the steering wheel is released (T d =0). In the steering wheel gripping state, P increases as the absolute value |T d | of the steering torque increases.

目標アシストトルクTm,mcに対する重み係数βは、P>1のときには1となり、0≦P≦1のときにはPとなる。一方、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に対する重み係数αは、P>1のときには0となり、0≦P≦1のときには(1-P)となる。The weighting factor β for the target assist torque Tm ,mc is 1 when P>1, and is P when 0≤P≤1. On the other hand, the weighting coefficient α for the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ) is 0 when P>1 and (1-P) when 0≤P≤1.

したがって、P>1のときには、β=1でかつα=0となるので、T=Tm,mcとなる。これにより、操舵トルクの絶対値|T|が大きくなると、目標アシストトルクTm,mcに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵によって操舵が行われる。Therefore, when P>1, β=1 and α=0, so T m =T m,mc . As a result, when the absolute value |T d | of the steering torque increases, steering is performed based on the target assist torque T m,mc . As a result, steering is performed by manual steering.

P<0のときには、β=0でかつα=1となるので、T=(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)となる。これにより、操舵トルクの絶対値|T|が零のときには、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に基づいて操舵が行われることになる。When P<0, β=0 and α=1, so T m =(sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ). Thus, when the absolute value |T d | of the steering torque is zero, steering is performed based on the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )−T lem ).

Pが0≦P≦1の範囲内にある場合には、P(=β)が小さくなるほど、αが大きくなる。そのため、目標モータトルクTに占める目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)の割合は、Pが小さくなるほど大きくなる。逆に、目標モータトルクTに占める目標アシストトルクTm,mcの割合は、操舵トルクTの絶対値|T|が大きくなるほど、即ちPが大きくなるほど、大きくなる。When P is within the range of 0≤P≤1, α increases as P (=β) decreases. Therefore, the ratio of the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ) to the target motor torque T m increases as P decreases. Conversely, the ratio of the target assist torque Tm ,mc to the target motor torque Tm increases as the absolute value | Td | of the steering torque Td increases, that is, as P increases.

したがって、Pが0≦P≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作を行っていないときには、操舵トルクTの絶対値|T|およびPは比較的小さいので、主として(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)に基づいて操舵が行われることになる。これにより、自動操舵による操舵が可能となる。Therefore, when P is within the range of 0≦P≦1, the absolute value |T d | Steering is performed based on Tmin, Tmax (T m, ac )-T lem ). This enables steering by automatic steering.

Pが0≦P≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵操作(操舵介入)を行うと、操舵トルクTの絶対値|T|が大きくなるため、主として目標アシストトルクTm,mcに基づいて操舵が行われることになる。これにより、手動操舵による操舵が可能となる。この際、|Δθ|が大きくなり、角度制御用目標トルクTm,acの絶対値|Tm,ac|が大きくなるが、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acに対してリミッタ95によって制限がかけられているので、運転者による操舵介入時に操舵反力が大きくなるのを抑制できるから、運転者は操舵介入を行いやすくなる。When P is within the range of 0≦P≦1, when the driver performs a steering operation (steering intervention), the absolute value |T d | of the steering torque T d increases . , mc . This enables steering by manual steering. At this time, |Δθ| increases and the absolute value |T m,ac | of the angle control target torque T m,ac increases. is restricted by the limiter 95, it is possible to suppress an increase in the steering reaction force when the driver intervenes in the steering, so that the driver can easily intervene in the steering.

Pが0≦P≦1の範囲内にある場合において、運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を弱めた場合、操舵トルクTの絶対値|T|が大きい状態から小さい状態に変化する。そのため、P(=β)も大きい状態から小さい状態に変化し、αは小さい状態から大きい状態に変化する。これにより、式(10)に基づき、操舵介入の度合に応じて目標モータトルクTに占める目標アシストトルクTm,mcの割合が小さくなり、目標自動操舵トルク(satTmin,Tmax(Tm,ac)-Tlem)の割合が大きくなる。When P is within the range of 0≦P≦1, if the degree of steering intervention is weakened while the driver is performing steering intervention, the absolute value |T d | of the steering torque T d is large. change to a smaller state. Therefore, P (=β) also changes from a large state to a small state, and α changes from a small state to a large state. As a result, based on the equation (10), the ratio of the target assist torque Tm ,mc to the target motor torque Tm decreases according to the degree of steering intervention, and the target automatic steering torque (sat Tmin, Tmax (Tm , ac )-T lem ) increases.

運転者が操舵介入を行っている途中で操舵介入の度合を強めた場合は、それぞれ逆方向に変化する。よって、運転者が操舵介入の度合を調整するだけで、自動操舵が主体的な状態と運転者の操舵が主体的な状態とを、切り替えのつなぎ目を意識することなく、シームレスにスムーズに切り替えることができる。 When the degree of steering intervention is strengthened while the driver is performing steering intervention, the respective values change in the opposite direction. Therefore, the driver can seamlessly and smoothly switch between a state in which the automatic steering is subjective and a state in which the driver's steering is subjective, simply by adjusting the degree of steering intervention without being conscious of the seams of switching. can be done.

また、β演算部93は、次式(12)で示される飽和関数sat0,1(Q)を用いて、重み係数βを演算してもよい。飽和関数sat0,1(Q)は、「ドライバ入力に応じて変化する値」の一例である操舵トルクTを用いて演算される。この場合にも、図2および図8に二点鎖線で示すように、シェアードコントロール部44に、トルクセンサ12によって検出される操舵トルクTが入力される。Further, the β calculator 93 may calculate the weighting factor β using a saturation function sat 0,1 (Q n ) given by the following equation (12). The saturation function sat 0,1 (Q n ) is calculated using the steering torque T d , which is an example of "a value that changes according to the driver's input". In this case also, the steering torque Td detected by the torque sensor 12 is input to the shared control section 44, as indicated by the two-dot chain lines in FIGS.

Figure 0007236038000011
Figure 0007236038000011

式(12)において、QはQの今回値を示し、Qn-1はQの前回値を示している。また、|Td(n)|は、操舵トルクTの絶対値の今回値を示している。In equation (12), Q n indicates the current value of Q, and Q n−1 indicates the previous value of Q. |T d(n) | indicates the current value of the absolute value of the steering torque T d .

ハンドル手放し状態(T=0)のときには、Qは低下する。ハンドル把持状態においては、操舵トルクの絶対値|T|が大きくなるとQが増加する。したがって、この場合にも、重み係数βが式(11)で示される飽和関数に基づいて演算される場合と同様な作用効果が得られる。When the steering wheel is released (T d =0), Q n decreases. In the steering wheel gripping state, Q n increases as the absolute value |T d | of the steering torque increases. Therefore, in this case as well, the same effects as when the weighting factor β is calculated based on the saturation function shown by equation (11) are obtained.

また、前述の実施形態では、運転者が自動操舵を解除しやすくするために、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acを下限飽和値Tminと上限飽和値Tmaxとの間に制限するリミッタ95(図8参照)が設けられている。しかしながら、リミッタ95の代わりに、図4に二点鎖線で示すように、PD制御部(図4参照)のフィードバックゲインを制御するゲイン制御部66を設けてもよい。ゲイン制御部66は、本発明の制限処理部の一例である。In the above-described embodiment, the angle control target torque Tm ,ac set by the angle control unit 42 is set to the lower limit saturation value Tmin and the upper limit saturation value Tmax so that the driver can easily release the automatic steering. A limiter 95 (see FIG. 8) is provided to limit the interval between . However, instead of the limiter 95, a gain control section 66 for controlling the feedback gain of the PD control section (see FIG. 4) may be provided as indicated by the chain double-dashed line in FIG. The gain control section 66 is an example of the limit processing section of the present invention.

ゲイン制御部66は、この実施形態では、比例ゲインKおよび微分ゲインKを、ドライバ入力に応じて変化する値に基づき制御することにより、操舵介入時に角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が過大になるのを抑制する。In this embodiment, the gain control unit 66 controls the proportional gain KP and the differential gain KD based on values that change according to the driver input, thereby increasing the target torque Tm ,ac for angle control during steering intervention. Suppress the absolute value from becoming too large.

ゲイン制御部66で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」としては、例えば、角度偏差Δθや操舵トルクT等を用いることができる。ただし、ゲイン制御部66で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」は、βの演算に用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」とは、異なる値であることが好ましい。As the “value that changes according to the driver input” used in the gain control section 66, for example, the angular deviation Δθ, the steering torque Td, and the like can be used. However, the "value that changes according to the driver input" used in the gain control unit 66 is preferably a different value from the "value that changes according to the driver input" used for the calculation of β.

ゲイン制御部66で用いられる「ドライバ入力に応じて変化する値」が操舵トルクTである場合の比例ゲインKおよび微分ゲインKの設定例を、それぞれ図11および図12に示す。11 and 12 show setting examples of the proportional gain KP and the differential gain KD when the "value that changes according to the driver input" used in the gain control section 66 is the steering torque Td .

図11を参照して、比例ゲインKは、操舵トルクの絶対値|T|が0のときには、正の所定値 KP0に設定される。操舵トルクの絶対値|T|が所定値A(A>0)以上の範囲では、比例ゲインKは、KP0よりも小さな正の所定値KP1に設定される。操舵トルクの絶対値|T|が0以上A以下の範囲においては、比例ゲインKは、KP0からKP1までの範囲で|T|が大きくなるほど小さくなる特性に従って設定される。Referring to FIG. 11, proportional gain K P is set to a predetermined positive value K P0 when absolute value |T d | of steering torque is zero. The proportional gain K P is set to a positive predetermined value K P1 smaller than K P0 when the absolute value |T d | of the steering torque is greater than or equal to a predetermined value A 1 (A 1 >0). When the absolute value |T d | of the steering torque is in the range of 0 to A 1 , the proportional gain K P is set according to the characteristic of decreasing as |T d | increases in the range from K P0 to K P1 .

図12を参照して、微分ゲインKは、操舵トルクの絶対値|T|が0のときには、正の所定値 KD0に設定される。操舵トルクの絶対値|T|が所定値B(B>0)以上の範囲では、微分ゲインKは、KD0よりも小さな正の所定値KD1に設定される。操舵トルクの絶対値|T|が0以上B以下の範囲においては、微分ゲインKは、KD0からKD1までの範囲で|T|が大きくなるほど小さくなる特性に従って設定される。Referring to FIG. 12, differential gain K D is set to a predetermined positive value K D0 when absolute value |T d | of steering torque is zero. When the absolute value |T d | of the steering torque is greater than or equal to a predetermined value B 1 (B 1 >0), the differential gain K D is set to a positive predetermined value K D1 smaller than K D0 . When the absolute value |T d | of the steering torque is in the range of 0 to B 1 , the differential gain KD is set according to the characteristic of decreasing as |T d | increases in the range from K D0 to K D1 .

自動操舵中に運転者が操舵介入を行うと、角度偏差Δθの絶対値が大きくなり、角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が大きくなり、操舵反力が大きくなるので、運転者は操舵介入を行いにくくなる。しかし、操舵介入によって操舵トルクTの絶対値が大きくなると、ゲイン制御部66によって比例ゲインKおよび微分ゲインKが減少される。これにより、角度制御部42によって設定される角度制御用目標トルクTm,acの応答性が低下するので、角度制御用目標トルクTm,acの絶対値が過大となるのを抑制できる。When the driver intervenes in steering during automatic steering, the absolute value of the angle deviation Δθ increases, the absolute value of the angle control target torque Tm,ac increases, and the steering reaction force increases. It becomes difficult to perform steering intervention. However, when the steering intervention increases the absolute value of the steering torque Td , the gain controller 66 reduces the proportional gain KP and the differential gain KD . As a result, the responsiveness of the angle control target torque Tm,ac set by the angle control section 42 is lowered, so that the absolute value of the angle control target torque Tm,ac can be suppressed from becoming excessively large.

なお、図11、12の設定例では、横軸に操舵トルクTの絶対値を用いたが、「ドライバ入力に応じて変化する値」として操舵トルクTを採用する場合には、図11、12の横軸に前記式(11)で定義される飽和関数sat0,1(P)や前記式(12)で定義される飽和関数sat0,1(Q)等を用いてもよい。また「ドライバ入力に応じて変化する値」として角度偏差Δθを採用する場合には、図11、12の横軸に角度偏差Δθの絶対値等を用いることができる。In the setting examples of FIGS . 11 and 12, the absolute value of the steering torque Td is used on the horizontal axis. , 12, the saturation function sat 0,1 (P) defined by the above equation (11), the saturation function sat 0,1 (Q n ) defined by the above equation (12), etc. may be used. . Also, when the angular deviation Δθ is adopted as the “value that changes according to the driver input”, the absolute value of the angular deviation Δθ can be used on the horizontal axis of FIGS.

また、前述の実施形態では、角度制御部42は、フィードフォワード制御部63を備えているが、フィードフォワード制御部63を省略してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the angle control section 42 includes the feedforward control section 63, but the feedforward control section 63 may be omitted.

また、前述の実施形態では、補償対象負荷Tleは、路面負荷トルクTrlおよび摩擦トルクTを含んでいるが、何れか一方のみを含んでいてもよい。Further, in the above-described embodiment, the compensation target load Tle includes the road load torque Trl and the friction torque Tf , but may include only one of them.

また、補償対象負荷Tleは、トーションバー10からタイヤまでのトルク伝達経路の構成部材の慣性力によって出力軸9に加えられる慣性トルクを含んでいてもよい。In addition, the load to be compensated Tle may include inertia torque applied to the output shaft 9 by the inertia force of the constituent members of the torque transmission path from the torsion bar 10 to the tire.

本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail, these are merely specific examples used to clarify the technical content of the present invention, and the present invention should be construed as being limited to these specific examples. should not, the scope of the invention is limited only by the appended claims.

この出願は、2017年11月30日に日本国特許庁に提出された特願2017-230561号に対応しており、その出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。 This application corresponds to Japanese Patent Application No. 2017-230561 filed with the Japan Patent Office on November 30, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

1…電動パワーステアリング装置、3…転舵輪、4…転舵機構、18…電動モータ、41…アシスト制御部、42…角度制御部、43…補償対象負荷推定部、44…シェアードコントロール部、61…ローパスフィルタ(LPF)、62…フィードバック制御部、63…フィードフォワード制御部、64…トルク加算部、66…ゲイン制御部、201…上位ECU、202…モータ制御用ECU REFERENCE SIGNS LIST 1 electric power steering device 3 steered wheels 4 steering mechanism 18 electric motor 41 assist control section 42 angle control section 43 compensation target load estimation section 44 shared control section 61 ... low-pass filter (LPF), 62 ... feedback control section, 63 ... feedforward control section, 64 ... torque addition section, 66 ... gain control section, 201 ... host ECU, 202 ... motor control ECU

Claims (5)

車両の転舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
操舵トルクに応じた目標アシストトルクを設定する第1設定部と、
目標操舵角と実操舵角との間の角度偏差を零に近づけるための角度制御用目標トルクを設定する第2設定部と、
前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限する制限処理部と、
前記制限処理部による制限処理後の角度制御用目標トルクを用いて目標自動操舵トルクを演算する第1演算部と、
前記目標自動操舵トルクと前記目標アシストトルクとを、ドライバ入力に応じて変化する値に応じて重み付け加算することにより、前記電動モータのモータトルクの目標値である目標モータトルクを演算する第2演算部とを含む、車両用操舵装置。
an electric motor that applies a steering force to a steering mechanism of the vehicle;
a first setting unit that sets a target assist torque according to the steering torque;
a second setting unit that sets a target torque for angle control for bringing the angular deviation between the target steering angle and the actual steering angle closer to zero;
a limit processing unit that limits the target torque for angle control set by the second setting unit;
a first calculation unit that calculates a target automatic steering torque using the angle control target torque after the limit processing by the limit processing unit;
A second calculation for calculating a target motor torque, which is a target value of the motor torque of the electric motor, by weighting addition of the target automatic steering torque and the target assist torque according to a value that varies according to a driver input. and a steering system for a vehicle.
前記制限処理部は、前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを、所定の上限値と所定の下限値との間に制限するように構成されている、請求項1に記載の車両用操舵装置。 2. The limit processing unit according to claim 1, wherein the target torque for angle control set by the second setting unit is configured to be limited between a predetermined upper limit value and a predetermined lower limit value. Vehicle steering system. 前記第2設定部は、前記角度偏差を零に近づけるためのフィードバック制御部を含んでおり、
前記制限処理部は、ドライバ入力に応じて変化する値に基づいて、前記フィードバック制御部のフィードバックゲインを制御することにより、前記第2設定部によって設定される角度制御用目標トルクを制限するように構成されている、請求項1に記載の車両用操舵装置。
The second setting unit includes a feedback control unit for bringing the angular deviation closer to zero,
The limit processing unit limits the target torque for angle control set by the second setting unit by controlling a feedback gain of the feedback control unit based on a value that changes according to a driver input. 2. The vehicle steering system of claim 1, comprising:
前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差である、請求項1~3のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。 The vehicle steering system according to any one of claims 1 to 3, wherein the value that changes according to the driver's input is the steering torque or the angular deviation. 前記ドライバ入力に応じて変化する値は、前記操舵トルクまたは前記角度偏差であり、前記第2演算部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値と、前記制限処理部で用いられるドライバ入力に応じて変化する値とが異なる、請求項3に記載の車両用操舵装置。 The value that varies according to the driver input is the steering torque or the angular deviation. 4. The vehicle steering system according to claim 3, wherein the value that changes with the change is different.
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